模具工业及塑料模的发展现状

江西赣江职业技术学院毕业论文 江西赣江职业技术学院毕业论文题 目：论塑料模具制造业的发展与研究 学 院 机械工程学院 姓 名 朱凯 学 号 专 业 模具设计与制造 届 别 08届 指导教师 刘志红 职 称 讲师、工程师 二O一 O 年 十一 月毕业论文诚信承诺书毕业论文题目塑料模具制造业的发展与研究学生姓名朱凯专业模具设计与制造学 号指导老师刘志红职 称讲师、工程师所在学院机械工程学院诚信承诺本人慎重承诺和声明：在毕业论文活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，在本人的毕业论文中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，如有违规行为发生，我愿承担一切责任，接受学校的处理。学生（签名）：朱凯2010年 11月 11日摘 要模具是以特定的结构形式通过一定的方式使材料成形为制品的工具产品，是工业生产基础工艺装备，以其生产制件所表现的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低耗能耗材，越来越引起各级政府和国民经济各产业的重视，特别是轻工、电子、机械、通讯、交通、汽车、军工等部门，如果没有模具就很难生产和发展产品；如果不能及时供应模具，就会影响生产的发展；如果模具精度低则产品质量差；如果模具寿命短则生产效率低、成本高。欧美工业发达国家将模具比喻为“点铁成金”的“磁力工业”、“金钥匙”、“金属加工帝皇”、“进入富裕社会的原动力”。在我国把模具称为“工业之母”、和“无以伦比的效益放大器”。目前正值我国经济飞速发展时期，塑料工业也得到前所未有的发展，塑料模具也正越来越在显示其在工业生产中的基础作用，但就在塑料模具得到高速发展的同时，由于自身先天不足的原因，以及国外先进技术与高质量制品的竞争，塑料模具也面临着前所未有的挑战。在这样的形式下，中国塑模企业不仅要加快产业集群化，发挥规模效应，还要注重模具产业链的前端研发、人才建设和产业链后端的检测以及信息服务，尽快缩短技术、管理、工装水平与国际水准的差距。这是塑料模具企业在发展中必须解决的重要问题。【关键词】 模具制造 塑料模具 高速发展 挑战 AbstractMould is certain structure form through certain way makes material forming for products tool product, industrial production base for its production technology and equipment, parts of performance, high precision, high complexity, high consistency, high efficiency and low consumption consumables, governments at all levels and national economy and has attracted the attention of different industries, especially in light industry, electronics, machinery, communication, transportation, car, military, and other departments, and if no mold is difficult to production and development of product, If cannot promptly supply mould, it will affect the development of production, If mould low accuracy is poor product quality; If die life is short criterion production efficiency, low cost are high. Euramerican developed industrial countries will die compared to DianTieChengJin magnetic industry, golden key, metal processing the emperor and into the impulsion of the affluent society. In our country the mould called the mother of industrial, and peerless the benefit of the amplifier. It came at a rapid development of economy of our country period, plastic industry also unprecedently development, plastic mould are increasingly on display in the industrial production, but the basic role in plastic mould to get high speed development and at the same time, because of its inherent shortage of reason, and foreign advanced technology and high quality products of the competition, plastic mold also face unprecedented challenges. In such form, China plastic mould enterprise should not only accelerate industrial cluster, play scale effect, notice the mold industry chain front-end r&d, talents construction and industrial chain after the detection and information service, as soon as possible to shorten technology, management, tooling level with international standards gap. This is plastic mold enterprise in developing must resolve important issues.【Key words】 Mould manufacturing Plastic mould High-speed development challenge目 录前言1 我国模具工业的概况 1.1模具工业的地位及作用（6） 1.2中国模具行业的发展现状（7） 1.3 中国模具发展的方向（7）2 塑料模具的地位和发展 2.1塑料行业的地位和发展趋势 （9） 2.2塑料模具的地位和发展 （11） 3 塑料模具制造业的发展和研究 3.1纳米技术让塑料模具业渐入佳境 （12） 3.2制造设备的发展带来模具制造业的快速发展 （13） 3.3CAD/CAM集成技术在塑料模具制造中的应用 （14）4 塑料模具制造业的发展以及所面临的挑战参考文献 （21）致 谢（22）前 言近年来,我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。当前，国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。我国国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，仅汽车行业将需要各种塑料制品36万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台；彩电的年产量己超过3000万台。到2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率将达到50%，这些都会大大增加对模具的需求量。建筑、建材业塑料建材可大量代钢、代木、替代传统建材，将在今后得到越来越多的应用。预测2005年建筑用塑料制品的占总产量16%，约400万吨，因此塑料建材模具需求量将增长较快。由于国家己明令禁止使用铸铁管道，代之以塑料管材，预计2010年全国新建住宅室内排水管80%及城市供水50%将采用塑料管。同时，国家正在大力发展塑料门窗，到2010年塑料门窗和塑料管的普及率将达到30%-50%，塑料排水管的市场占有率将超过50%。 因此，有专家预测，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，且发展速度将高于其他模具。塑料模具制造业的发展与研究1 我国模具工业的概况1.1模具工业的地位及作用现代模具工业有“不衰亡工业”之称。 模具是以特定的结构形式通过一定的方式使材料成形为制品的工具产品，是工业生产基础工艺装备，以其生产制件所表现的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低耗能耗材，越来越引起各级政府和国民经济各产业的重视，特别是轻工、电子、机械、通讯、交通、汽车、军工等部门，如果没有模具就很难生产和发展产品；如果不能及时供应模具，就会影响生产的发展；如果模具精度低则产品质量差；如果模具寿命短则生产效率低、成本高。欧美工业发达国家将模具比喻为“点铁成金”的“磁力工业”、“金钥匙”、“金属加工帝皇”、“进入富裕社会的原动力”。在我国把模具称为“工业之母”、和“无以伦比的效益放大器”。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在600亿至650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率。随着现代工业发展的需要，塑料制品在工业、农业和日常生活等各个领域的应用越来越广泛，质量要求也越来越高。在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。1.2 中国模具行业发展现状目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。（据不完全统计，2006年国内模具进口总值达到800多亿，同时，有近300个亿的出口）2007年模具产值预计为900亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年2.5亿美元增长到2007年的5亿美元左右。单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。2006年我国汽车产销量均突破600万辆，预计2007年产销量各突破680万辆，轿车产量将达到260万辆。另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。 虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，CAD/CAE/CAM技术的普及率不高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口。1.3 中国模具发展的方向 2005年中国大陆制造工业对模具的总市场需求量约为630亿元，今后几年仍将以每年13%以上的速度增长。对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年13%的增幅。汽车、摩托车行业的发展将会大大推动模具工业的高速增长，特别是汽车覆盖件模具、塑料模具和压铸模具的发展。家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。目前，我国的彩电的年产量已超过5200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了3000万台。家用电器行业的发展对模具的需求量也将会很大。其他发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。 近年来，中国塑料模具发展速度相当快。目前，塑料模具在整个模具行业中所占比重约为30%。随着中国汽车、家电、电子通讯、各种建材迅速发展，预计在未来模具市场中，塑料模具占模具总量的比例仍将逐步提高，且发展速度将快于其他模具。以汽车工业为例，随着汽车产销量高速增长，汽车模具潜在市场十分巨大。据介绍，在生产汽车时，各种功能性零部件都要靠模具成型，仅制造一款普通轿车约需200多件内饰件模具，而制造保险杠、仪表盘、油箱、方向盘等所需的大中型塑料模具，从模具行业生产能力看，目前满足率仅约50%。在建筑领域，塑料建材大量替代传统材料也是大势所趋，预计2010年全国塑料门窗和塑管普及率将达到30%50%，塑料排水管市场占有率将超过50%，都会大大增加对模具的需求量。应该说，塑料模具的应用潜力是不可低估的。专家预测，大型、精密、设计合理的注塑模具将受到市场普遍欢迎。我国模具行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，6080的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法比拟。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。精度将越来越高。10年前，精密模具的精度一般为5，现在已达23。不久，精度的模具将上市。随着零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度公差就要求在以下，这就要求发展超精加工。我国模具行业要进一步发展多功能复合模具，一套多功能模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务。通过这种多功能的模具生产出来的不再是成批零件，而是成批的组件，如触头与支座的组件、各种微小电机、电器及仪表的铁芯组件等。多色和多材质塑料成形模具也将有较快发展。这种模具缩短了产品的生产周期，今后在不同领域将得到发展和应用。随着热流道技术的日渐推广应用，热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制件的原材料，这项技术的应用在国外发展很快，已十分普遍。国内热流道模具也已经生产，有些企业已达30左右，但总的来看，比例太低，亟待发展。随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型工艺的模具将随之发展。模具标准件的应用将日渐广泛，模具标准化及模具标准件的应用能极大地影响模具制造周期。使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。同时，快速经济模具的前景十分广阔。由于人们要求模具的生产周期越短越好，因此开发快速经济模具越来越引起人们的重视。例如研制各种超塑性材料来制作模具；用环氧、聚酯或在其中填充金属、玻璃等增强物制作简易模具。这类模具制造工艺简单，精度易控制，收缩率较小，价格便宜，寿命较高。还可用水泥塑料制作汽车覆盖件模具。中、低熔点合金模具，喷涂成型模具，电铸模，精铸模，层叠模，陶瓷吸塑模及光造型和使用热硬化橡胶快速制造低成本模具等快速经济模具将进一步发展。快换模架、快换冲头等也将日益发展。另外采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。模具行业中压铸模的比例将不断提高。随着车辆和电机等产品向轻量化方向发展，对压铸模的数量、寿命和复杂程度将提出越来越高的要求。随着以塑料代钢、以塑代木的发展和产品零件的精度和复杂程度的不断提高，塑料模的比例将不断提高，其精度和复杂程度也将随着相应提高。未来模具产品将配合光电、3C/IC产业发展，以更快的速度制造出更精密的产品，因此精密电子模具的协同开发、高品质模具产品的全球化供应，应是今后模具业的重要发展方向。2 塑料模具的地位和发展2.1塑料行业的地位及发展趋势塑料作为现代社会经济发展的基础材料之一，是农业、工业、能源、交通运输等经济领域不可缺少的重要材料，其用途已渗透到经济和生活的各个领域，和钢铁、木材、水泥成为材料领域的四大支柱。模具是工业生产的基础工艺装备，被各行业广泛用于生产最终产品，其产生的价值往往是模具自身价值的几十倍、上百倍，被誉为“效益放大器”。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个地区制造水平高低的重要标志。塑料模具行业的产业关联度大，带动力强，外向度高。发展塑料模具行业可以拉动其它行业发展，增加就业，扩大出口，推动产业结构调整。塑料模具行业已成为我市的五大主导行业之一，省政府制订的江苏省先进制造业基地建设规划纲要中，拟把苏州和常州培育成为塑料制品及模具的全国制造中心；市政府在常州市先进制造业基地建设规划纲要中，提出了打造“中国塑料制品之都”、“中国模具之都”的奋斗目标。制定常州市塑料模具行业发展规划（20042010年），对全面认识我市塑料模具行业发展现状，抓住发展机遇，明确发展方向，制定发展政策，提升产业竞争力，推进台州先进制造业基地建设，都具有十分重要的战略意义和现实意义。塑料行业作为国民经济的一个重要行业，其增长速度与国民经济的增长速度高度相关。改革开放以来，我国的塑料加工工业以年均10%以上的速度快速发展，比GDP平均增速高出3-5个百分点。目前我国已步入世界塑料大国的行列，年塑料制品产量居世界第二位，2003年我国塑料制品总产量达1650.5万吨，已形成门类完整的产业体系。但从塑料制品的人均消费量来看，目前我国人均消费量仅12公斤左右，而发达国家是30100公斤，世界平均消费量也达18公斤，因此，我国塑料行业仍有广阔发展前景。据预测，2005年我国塑料制品需求量为2500万吨，其中农业塑料制品470万吨，占总需求量的18.8%；包装塑料制品550万吨，占总需求量的22.0%；建筑用塑料制品400万吨，占总需求量的16.0%；工业配套用塑料制品450万吨，占总需求量的18.0%；日用塑料和医用塑料制品472万吨，占总需求量的18.7%；人造革、合成革产品78万吨，占总需求量的3.2%；其它塑料制品约78万吨，占总需求量的3.2%.随着塑料制品的应用领域不断拓展，未来10年，世界塑料制品生产将以每年3%的速度增长，到2010年世界塑料制品总产量将达到1.86亿吨。我国对塑料制品将保持旺盛的需求，塑料制品生产将以每年10%的速度增长，预计到2010年我国塑料制品总产量接近4000万吨。我国未来塑料工业的发展重点在工业交通及工程塑料制品、包装塑料制品、建筑塑料制品、农用塑料制品和塑料节水器材等方面。工业、交通及工程塑料制品：工程塑料是目前塑料工业中发展最快的类别，随着我国经济的快速发展，其应用范围和数量不断增加。该领域的产品包括交通、运输业用塑料，电子、电器、信息产业用工程塑料等。预计到2005年，工程塑料制品总需求量约为450万吨；到2010年，仅汽车用塑料的需求量就将达到100万吨。包装塑料制品：塑料具有优异的性能，包装领域是塑料应用的最大领域。据统计，世界各国塑料平均有35%用于包装。2003年我国用于包装的塑料制品产量达465万吨，占塑料制品总产量的28.1%，产值达680亿元，比2001年增长14.2%.预计我国包装塑料制品在2010年之前的年平均增长速度达到12%.建筑塑料制品：塑料建材是新兴的第四代新型建筑材料，主要包括塑料管、塑料门窗、建筑防水材料、隔热保温材料、装饰装修材料等，在建筑工程、市政工程、村镇建设以及工业建设中用途十分广泛。塑料建材不仅能替代木材、钢材等传统建材，而且还具有节能节材、保护生态、改善居住环境、提高建筑功能与质量、降低建筑自重、施工便捷等优越性。建筑业是国民经济的支柱产业，今后515年我国建筑业将会有较大的发展。2.2塑料模具的地位和发展近年来,我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。当前，国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。我国国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，仅汽车行业将需要各种塑料制品36万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台；彩电的年产量己超过3000万台。到2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率将达到50%，这些都会大大增加对模具的需求量。 建筑、建材业塑料建材可大量代钢、代木、替代传统建材，将在今后得到越来越多的应用。预测2005年建筑用塑料制品的占总产量16%，约400万吨，因此塑料建材模具需求量将增长较快。由于国家己明令禁止使用铸铁管道，代之以塑料管材，预计2010年全国新建住宅室内排水管80%及城市供水50%将采用塑料管。同时，国家正在大力发展塑料门窗，到2010年塑料门窗和塑料管的普及率将达到30%-50%，塑料排水管的市场占有率将超过50%。家电行业近期家电业所需模具量年增长率为10%。一台电冰箱约需模具350副，价值约400万元；一台全自动洗衣机约需模具200副，价值3000万元；一台空调器仅塑料模具就有20副，价值150万元；单台彩电大约共需模具140副，价值约700万元。则仅彩电模具每年就有约28亿元的市场。随着家电市场竞争的白热化，外壳设计成为重要的一环，对家电外壳的色彩、手感、精度、壁厚等都提出新要求。业内人士普遍认为，大型、精密、设计合理（主要针对薄壁制品）的注塑模具将得到市场的欢迎。因此，有专家预测，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，且发展速度将高于其他模具。3塑料模具制造业的发展与研究3.1纳米技术让塑料模具业渐入佳境纳米粉体或粒子的制造是目前纳米技术最为成功的商业化应用，但事实上并不是一个突破性的发明，而是利用过去传统的微细加工技术，然后引入纳米概念，所创造出来的新技术概念。若要提到突破性、前瞻性的创新发明，纳米零组件或纳米机械设备或许更为贴切一些，在这一方面，科学家的早期的构想是，利用具有人工智能的纳米机器人，以实现纳米产品自动化、量产化的目标，也就是利用纳米机器人，直接按照产品的形状进行原子或分子排列，从而实现无模生产方式。然而以目前的技术来说，虽然用来操控原子的装置，如STM或AFM已发明出来并成功的应用，但事实上它仍然是非常高难度的技术，不但动作流程复杂，且成本极高，目前的技术水准仍只能用来堆积平面的图案。论及纳米已发明出来并成功的应用，论及纳米3D对象甚或结构复杂的原子机器人，尚有一段很长的路要走。既然以STM或纳米机器人来生产是不切实际的想法，那是否有其它方式可以达到量产纳米产品的目标呢？最简单的方法即是采用纳米模具作为生产机具。纳米模具的定义纳米模具的定义有两种：1精度及尺寸达到纳米级的模具，例如纳米碳管、纳米塑料模具；2利用表面处理，在模具表面被覆一层纳米级镀膜材料，以增强模具强度，减少磨损，延长使用寿命，这样所得的模具亦可称之为纳米模具。不过，严格来说第一种定义较为贴切，第二种解释则与一般的表面处理没有多大差别。纳米碳管模具由日本NEC公司饭岛澄男所发现的纳米碳管（CNT），是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米级，轴向尺寸为微米级，故其长径比很大，常达千倍以上）的一维纳米材料，由于CNT具有很多优异而独特的光学、电学和机械性质，具有极大的应用潜力，是目前世界各国争相研究的重点材料之一。由于CNT是中空的，且可以被“溶解”，因此适合作为纳米模具的素材，这也是CNT的主要应用之一。CNT模具利用诸如金等合适金属灌满碳管后，接着把碳层腐蚀掉，可以制作出使用在电子连接器上的纳米导线和具有高速选择性的“分子筛”。目前，利用CNT制得纳米金属线是最为可靠的方法。纳米模具除了CNT以外，也可以采用极短波长的辐射波制成纳米模具，并采用特殊加工制成精度达纳米级的纳米产品。日本利用该方法制成超微塑料模具，而后浸泡在电镀液里，从电镀液中析出金属，然后在模具中形成精细零件，产品的精度可达3050nm。结合纳米技术的模具根据纳米模具定义的第二种解释，其范畴非常广泛。工模具一般需要承受高温、高压、高摩擦以及交变应力和局部应力集中作用，制程环境非常恶劣，因此模具常由于磨损、压塌、裂纹、条纹、塑性变形、弯曲、折断而失效报废。利用纳米技术，运用于工模具，可以有效排除造成模具报废的原因，进而提高模具寿命。3.2 制造设备的发展带来模具制造业的快速发展模具制造是典型的单件小批量生产方式。数控技术的发展不仅大大缩短了模具制造周期而且大大提高了模具的制造精度。还使模具制造越来越自动化。大大降低了模具制造的成本。而且一些复杂精密的大型模具不在数控设备几乎不能完成。在日本的模具制造企业，几乎已普遍采用CNC机床、加工中心(MC)或CNC电火花加工设备。据名古屋金型公司工作人员介绍，由于采用CNC机床、加工中心等先进加工设备，大大缩短了模具的交货期限，降低了生产成本。公司生产的汽车前后尾灯灯罩注塑模具交货期限为三个月，其中用于CAD和CAM的时间分别各为约100小时，机械加工时间100小时左右，其余时间为抛光和装配。在这个以生产汽车前后尾灯灯罩注塑模具为主的小型模具厂，在20多台机加工设备中，电火花成形加工设备约占1/3，CNC铣床和加工中心约占2/3，只有1台加工深孔的枪钻为半自动设备。 在日本的模具制造企业，很少用到仿形铣床，其原因一是由于仿形铣床加工精度较低，增加了抛光工作量和时间；二是制作仿形件增加了生产费用和时间。有些模具制造厂电火花成形加工机床的使用量也在减少。 在东芝机械模具厂，几台仿形铣床被用作普通铣削加工。其工作人员指出：由于高速铣削技术发展很快，而且加工精度、效率不断提高，生产周期缩短，电火花加工制作工具电极不仅需要时间，还增加了生产成本，很可能要被取代 在日本模具制造行业，仿形铣削工艺有被取代的趋势。关于高速铣削，在日本模具制造行业和机床行业都是一个热门话题。其关键技术一是要求高精度、高转速的机床主轴，二是要求使用适应高速切削、耐高温的铣刀。 名古屋金型公司使用的高速铣削加工中心(三轴数控)，它使用一个专用的高速气压轴承铣削头，转速达到20000rpm。在生产锻件为主的万能工业株式会社，使用瑞士和日本合资生产的Matsuura FX-5高速CNC铣床(铣刀转速最高可达30000rpm，铣削精度0.01mm)加工锻模，该铣床还配备了专用的CAM软件。日本OKUMA金属切削机床公司研制生产了五轴高速模具加工中心OKUMA MICR-BI-HP(n=30000rpm，f=30m/min)，并为该机床及产品配备了CAD/CAM软件。我国的模具生产设备有比以前得到了很大的改善，国产制造设备也在不停的跟新换代，甚至有些产品已经达到世界先进水平，我国还大量进口了发达国家的先进设备，就是这些设备大大推动了模具制造业的发展。3.3 CAD/CAM集成技术在塑料模具制造中的应用 模具CAD集成技术是一项重要的模具先进制造技术, 是一项用高技术改造模具传统技术的重要关键技术。从六五计划开始, 我国有许多模具企业采用CAD技术, 特别是近年, CAD技术的应用越来越普遍和深入, 大大缩短了模具设计周期, 提高了制模质量和复杂模具的制造能力。然而, 由于许多企业对模具CAD集成技术认识不足, 投资带有盲目性, 不能很好地发挥作用, 造成了很大的浪费。 （1）塑料模具CAD集成技术 塑料模具的制造, 包括塑料产品的造型设计、模具的结构设计及分析、模具的数控加工(铣削、电加工、线切割等)、抛光和配试模以及快速成形制造等。各个环节所涉及的CAD单元技术有： 造型和结构设计(CAD)、产品外形的快速反求(RE)、结构分析与优化设计(CAE)、辅助制造(CAM)、加工过程虚拟仿真(SIMULATION)、产品及模具的快速成形(RP)、辅助工艺过程(CAPP)和产品数据管理技术(PDM)等。塑料模具CAD集成技术, 就是把塑料模具制造过程所涉及的各项单元技术集成起来, 统一数据库和文件传输格式, 实现信息集成和数据资源共享, 从而大大缩短模具的设计制造周期, 提高制模质量。 （2）塑料产品的CAD设计与外形的快速反求 进行塑料模具设计制造的第一步是塑件产品的设计。传统产品设计方法是设计者对产品的三维构思用二维平面图纸表达出来, 图纸上标明工艺及施工方法, 这种方法决定了所设计图形的简单性及不能直接控制制造质量。现代设计方法是设计者在电脑上直接建立产品的三维模型, 根据产品三维模型进行模具结构设计及优化设计, 再根据模具结构设计三维模型进行加工编程及编制工艺计划。这种方法使产品模型设计、模具结构设计、加工编程及工艺设计都以3D数据为基础, 实现数据共享, 不仅能快速提高设计效率, 而且能保证质量, 降低成本。 电脑塑件产品模型的来源有三种： 利用CAD系统软件进行产品模型设计、利用实物测量进行快速反求建模、利用其它CAD系统的标准格式文件。针对这三种产品模型的来源方式, 目前已研究出各种技术来提高产品模型的设计效率和质量。下面进一步分析各种技术的内涵和特点。 利用CAD系统软件进行产品模型设计, 其技术主要包括二维几何图形的绘制、二维参数化图形的设计、三维实体造型设计、三维特征造型设计、三维参数化实体造型设计、三维曲面造型设计、空间自由造型设计、产品的外观渲染、产品的动态广告设计等等。这些软件有许多典型的代表。二维软件有： ME10、CADKEY、AUTOCAD、DHCAD、Genis、Sigraph等； 三维软件有： UGII、PRO/E、IDEAS、CATIA、EUCLID等； 产品自由造型及广告设计的软件有： Alias、CDRS等。二维几何图形的绘制是利用平面CAD软件绘制零件图形, 即用计算机代替手工绘图； 而二维参数化, 即计算机实现了图形的变量设计, 使修改更加方便； 三维造型设计是数字化的产品的真实形状设计, 它完全表达了产品, 能够进一步为模具设计、分析和加工提供必要的数学模型； 空间自由造型设计是产品外形的艺术设计, 使产品不仅是功能产品, 也是艺术品； 产品的外观渲染是产品的效果设计, 使产品更加美观、颜色更加能迎合人们的各种需求； 产品的动态广告设计是将产品设计的结果直接制作宣传广告, 进行市场推广。 利用实物测量进行快速反求建模是目前研究的热点之一, 它是产品仿型基础上进行产品修改设计的重要技术。其基本原理是通过三座标测量机、激光测量机或电子抄数仪对实物进行扫描测量, 把测量所获得的数字化的大量数据点送入高级CAD软件的反求模块或专用的反求软件中, 反求软件可直接读取点数据群, 并可对点数据群进行编辑、过滤、整理、求精、排序、局部修改与重组, 然后自动生成曲面, 最终获得同实物精确一致的或经改造的电脑塑件产品模型。这一方式可极大提高新产品设计速率。目前较成熟的曲面反求建模软件有： Surfacer, Cimatronrenge, Strim100等。 利用其它CAD系统的标准格式文件来建模, 这一方式较方便。由于市场的全球化和INTERNET网络技术的发展, 模具企业的CAD技术交流和合作有许多通过CAD文件方式进行。由于CAD系统种类较多, 因此文件的格式就必须遵循国际标准, 如DXF、IGES、STEP、VDA、STL等。通过读取标准格式文件来直接建立或修改后建立产品模型, 既可加快、加深用户与模具厂家的交流, 也可缩短产品设计周期。（3）模具的CAD设计与分析 模具的CAD设计、分析, 包括根据产品模型进行模具分型面的设计、确定型腔和型芯、模具结构的详细设计、塑料充填过程分析等几个方面。利用先进的特征造型软件如PRO/E、UGII等很容易地确定分型面, 生成上下模腔和模芯, 再进行流道、浇口以及冷却水管的布置等。确定了这些设计数据以后, 再利用模具分析软件, 如MOLDFLOW、CFLOW进行塑料的成形过程分析。根据MOLDFOLW软件和它的丰富的材料、工艺数据库, 通过输入成形工艺参数, 可动态仿真分析塑料在注塑模腔内的注射过程流动情况(含多浇口注射时的塑料汇流纹分析)、分析温度压力变化情况、分析注塑件残余应力等, 根据分析情况来检查模具结构的合理性、流动状态的合理性、产品的质量问题等。比如是否存在浇注系统不合理, 出现流道和浇口位置尺寸不当, 无法平衡充满型腔； 是否存在产品结构不合理或模具结构不合理, 出现产品充不满(即短射现象)； 是否冷却不均匀, 影响生产效率和产品质量； 是否存在注塑工艺不对, 出现产品的翘曲变形等。模具通过CAD设计和分析, 就可以将错误消除在设计阶段, 提高一次试模成功率。 在塑料模具设计和分析这一阶段应用了许多新的电脑辅助技术, 如参数化技术、特征造型技术、数据库技术等。塑料模具中有许多标准件, 如标准模架、顶出机构、浇注系统、冷却系统等都可以采用基于数据库管理的参数化特征造型设计方法进行设计或建立标准件库, 这样既可以实现数据共享, 又可以满足用户对设计的随时修改, 使模具的设计分析快速、准确、高效。参数化特征造型不仅可以完整地描述产品的几何图形信息, 而且可以获得产品的精度、材料及装配等信息, 其所建立的产品模型是一种易于处理、能反映设计意图和加工特征的模型。因此, 参数化特征造型技术是模具制造过程最重要的技术之一。 （4）、模具的CAM技术的应用、加工仿真及制造 模具的计算机辅助制造(CAM)技术主要应用在数控铣削加工、线切割加工、电火花加工等方面。CAM技术尤其是在复杂模具的型腔、型芯及电极的铣削加工中起着更加重要的作用。其主要的技术特点包括：(1) 粗、精加工刀具轨迹的优化规划和NC指令的产生；(2) 刀具种类、特性和材料库的建立；(3) 切削加工工艺参数的确定；(4) 普通切削和高速切削加工的特性控制； (5) 过切检查与加工表面的精度控制；(6) 加工过程的电脑实体仿真切削；(7)电脑控制数控机床的DNC技术及群控技术的应用等等。 在CAM技术的应用中特别需要CAD三维产品模型数据。较多的专业电脑编程软件如MASTERCAM、UNIMOD、CIMATRON等在多曲面的编程加工时对产品的曲面模型有较高的要求, 如相邻曲面的U、V方向的一致性、曲面与曲面的高精度拟合、曲面斜率连续变化等。在高级CAD/CAM一体化系统中(如UGII、PRO/E), 由于利用了参数化特征造型设计和同一数据库技术, 使得产品模型数据、模具的型腔和型芯模型数据、刀具轨迹数据有着内在的联系, 产品模型的修改刀具轨迹亦自动修改。 模具加工实体仿真技术越来越成熟, 也越来越受到人们的重视。加工实体仿真是在电脑上模仿机床的加工过程, 能直观反映加工的结果, 能直接评估加工后零件的质量, 能检查出加工的错误。在检查加工后零件的质量时, 可在电脑上对加工后的实体模型进行任意的剖切, 直接测量其尺寸和精度。因此, 它能把错误消除在加工工艺编程设计阶段, 减少加工后的修补和返工, 大大提高模具的制造效率和质量。（5）塑料产品及其模具的快速成形制造 塑料产品及其模具用电脑CAD技术设计完成后, 可通过快速成形技术来制造。这是一种全新概念的制造技术, 它摒弃了传统的机械加工方法。其成形原理是将三维CAD实体模型离散成设定厚度的一系列片层数据, 利用激光成形机或其它成形设备读取这些数据, 用材料添加法技术, 依次将每层堆积起来成形。这一技术称为快速自动成形技术(Rapid Prototype)。它也是CAD集成技术的重要组成部分。 根据上述成形法特点, 快速成形技术的作用主要在于： 制造用于设计和试验的产品模型、制造用于小批量生产的模具和小批量特殊零件的加工。快速成形技术制造的产品模型在材质方面比传统加工方法制造的产品模型有所差别, 但在外形及尺寸方面几乎完全一样, 而且有一定的机械强度, 可作功能性试验, 同时经过表面处理, 看起来与真实产品一样, 可作广告宣传品。快速成形技术制造的模具, 目前主要是软材料的成形模(蜡模、环氧树脂模、硅橡胶模、低熔点合金铸造模等)和陶瓷或金属基合成材料硬型腔模。制造硬模时可用快速成形零件作母模, 先制作环氧树脂模或其它材料的软模, 在软模中浇注陶瓷或石膏模, 然后浇铸钢成钢模； 或者在软模中浇注混合有化学粘结剂的钢粉, 进行烧结成钢模。快速成形技术制造的钢模需进一步做抛光等后加工, 制成小批量生产的注塑模。由于模具是用钢粉浇注或烧结而成, 材质与普通模具钢有一定的差距, 因此, 寿命较短, 只能做试制产品或小批量生产。另外, 快速成形技术也可以制作特殊的零件, 如用冶金粉末法制作金属电极、精密铸造法制作铜电极、研模法制作石墨电极等。 快速成形技术制作模具和产品的成型设备, 均是读取CAD系统产生的STL或CLI等文件格式数据, 不同的文件格式数据对制作的产品精度有较大的差距, 因此, 研究CAD系统对快速成形设备的文件格式输出有相当重要的意义。 （6）模具CAD集成技术的发展趋势 综上所述, 模具CAD集成技术就是应用于模具制造各个环节的计算机辅助技